覆层厚度的测量不确定度评定

2022-1-2 12:11| 查看: 1698| 评论: 0

0.引言

中国船舶工业非金属材料技术检测中心在检测工作开展过程中，需要进行大量的涂层测厚、附着力测试等工作，不可避免地要对测试结果进行不确定度分析。

本文以涂层厚度测量结果的不确定度分析为例，分析影响测量结果的主要因素，保证检测工作的完善性和可信度。

1. 测量方法

依据GB/T 13452.2-2008使用Qnix 4200磁阻法测厚仪测量覆层厚度。根据Qnix 4200磁阻法测厚仪使用说明书的规定，当测厚仪的测头与覆盖层接触时，测头和磁性金属基体构成闭合磁路，由于非磁性覆盖层的存在，使磁路磁阻变化，通过测量其变化可计算覆盖层的厚度。

2. 测量模型

示值误差计算公式：δH = H(_) - H，式中：

δH为测厚仪在该点的示值误差；H(_)为该点测厚仪的示值平均值；H为厚度片的实际值。

3. 不确定度来源

在测量过程中，可能影响结果的因素主要有以下几种：

（1）所测材料引入的误差，比如：材料基体的电导率、材料的边缘效应、基体金属的厚度等；

（2）测量方法引入的误差，比如：探头的放置方式、对探头施加的压力等；

（3）环境温度引入的误差；

（4）仪器设备引入的误差，比如：校准厚度片引入的误差、涂层测厚仪分辨力引入的误差、测量重复性引入的误差等。

对于以上的影响因素，有些只能通过改进一起或者测量方法来消除误差。影响测量不确定度相对严重的因素主要有：仪器测量重复性、标准厚度片、仪器分辨力。

4. 不确定度的评价

根据防腐涂层的厚度范围、所用仪器的测量范围、标准厚度片厚度值，将测量不确定度分成三段表示，即：（0~100）μm、（100~250）μm。

4.1 测量重复性引入的不确定度分量

针对防腐涂层厚度测量不确定度的三个评定范围，试验选取了2个标称厚度值分别为：48.5 μm、247 μm的标准样片。通过分别测量10个点进行涂层测厚仪结果的不确定度评定。测量结果如下表：

表1 标准样片测量结果

根据公式（1）计算2个标准厚度片测量结果的算数平均值，如下：

受检段（0~100）μm的算数平均值为：48.1 μm；

受检段（100~250）μm的算数平均值为：249 μm；

根据公式（2）计算2个标准厚度片的方差和标准差，如下：

受检段（0~100）μm的方差为：0.303，标准差为：0.55；

受检段（100~250）μm的方差为：1.8，标准差为；1.34。

根据公式（3）计算2个标准厚度片的标准不确定度，如下：

受检段（0~100）μm的标准不确定度uA1 = 0.174 μm；

受检段（100~250）μm的标准不确定度uA2 = 0.424 μm；

4.2 标准厚片引入的不确定度分量

根据JJG 818-2018《磁性、电涡流式覆层厚度测量仪检定规程》中校准厚度片的厚度测量结果不确定度可知：当厚度片厚度≤ 50 μm时，测量不确定度U为0.2 μm，k = 2；当厚度片厚度＞50 μm时，测量不确定度U为0.4%H（H为标准厚度片的标称厚度值），k = 2。

根据公式（4）得到：

受检段（0~100）μm的标准不确定度uB1 = 0.1 μm；

受检段（100~250）μm的标准不确定度uB2 = 0.212 μm；

4.3 仪器分辨力引入的不确定度分量

由仪器分辨力d引入的不确定度分量uC呈均匀分布，由此带来的标准不确定度为：

则0.1 μm分辨力（测量范围＜ 100 μm）时，uC1 = 0.03 μm；1 μm分辨力（测量范围≥ 100 μm）时，uC2 = 0.3 μm。

4.4 合成标准不确定度

由于各不确定度分量之间不存在值得考虑的相关性，因此合成标准不确定度可由公式（6）得到：

因此：

受检段（0~100）μm的合成标准不确定度ud1 = 0.203 μm；

受检段（100~250）μm的标准不确定度ud2 = 0.561 μm；

4.5 扩展不确定度

取置信水平95%，则k=2，扩展不确定度可由公式（7）计算：

得到受检段（0~100）μm的扩展不确定度U1 = 0.406 μm；

受检段（100~250）μm的扩展不确定度U2 = 1.122 μm；

5. 测量不确定度总结

用Qnix 4200磁阻法测厚仪测量标准试块厚度的测定结果的不确定度U1 = 0.406 μm，U2 = 1.122 μm，包含因子k = 2。

参考文献：

[1] JJG 818-2018《磁性、电涡流式覆层厚度测量仪检定规程》

[2] GB/T 13452.2-2008 《色漆和清漆漆膜厚度的测定》

[3] 徐晶晶. 钢结构防腐涂层测厚的测量不确定度评定[J]. 建设与发展. 2016, 7: 2960, 3023.

附言：

中国船舶工业非金属材料技术检测中心成立于1988年10月，原为中国船舶工业总公司非金属材料技术检测中心，挂靠上海船舶工艺研究所，属于独立建制的二级机构，拥有中国国家认证认可监督管理委员会颁发的检验检测机构资质认定证书（CMA），拥有中国合格评定国家认可委员会实验室认可证书。

检测中心作为第三方检测机构，承担船舶行业涂料及非金属材料和重点建设项目等的检测任务和技术服务，遵循客观独立、公平公正、诚实信用的原则，积极开展船舶、海工、桥梁、铁路、市政工程、电力、石油化工等行业的非金属材料检测业务，以及ISO标准和国家标准制修订等工作。主要业务包括涂料性能检测、塑料性能检测、非金属磨料性能检测、胶黏剂性能检测、腐蚀检测与评估及防腐方案设计（含现场）、涂装质量现场检测、国产化磨料、涂料的技术支持工作、涂漆前金属表面处理及涂漆先进工艺技术研究和推广、涂漆前金属表面处理及涂漆工艺技术标准化等工作。

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